儲能電池分析：鉛酸電池與鋰電池的比較及選擇

隨著儲能市場的迅猛發展，"儲能"的核心在於電能的保存，這需要依賴特定的介質或容器，而電池正是實現這一功能的關鍵裝置。在太陽能儲能系統中，常見的電池主要有兩類：鉛酸電池和鋰電池。

鉛酸電池

鉛酸電池利用鉛和二氧化鉛（PbO₂）作為電極材料，稀硫酸作為電解質，實現電能與化學能的轉換。這種電池在各類儲能系統、應急供電及啟動裝置中都被廣泛使用。

單格鉛酸電池的標稱電壓為2.0V，放電至1.5V，充電至2.4V。實際應用中，通常將六個單格串聯，組成12V電池模組，通過串並聯配置來實現所需電壓（如48V或96V）的系統。
鉛酸電池的主要部件包括正負極柱、極板、隔板、電解液和容器，因含有大量化學溶液，通常較為沉重。鉛酸電池分為一般富液型、膠體免維護型（主要用於太陽能系統）以及鉛碳電池。膠體電池和鉛碳電池的使用比例逐漸上升，因其在過放電、自我恢復能力和低溫性能方面更為優秀。鉛碳電池通過在電解液中添加碳（如石墨烯）來減少負極硫酸鹽化現象，從而延長電池壽命。
鉛酸電池的充電模式包括恆流、恆壓和浮充三種模式，也被稱為三段式充電。充電電流是關鍵參數，通常以C為單位表示。在電池的規格中會標示最大充電電流，例如，若某電池的容量為200Ah，充電電流為0.1C，即為20A；若為0.2C，則為40A。鉛酸免維護電池的最佳充電電流應為0.1C，充電電流過高或過低均會影響電池的使用壽命。

鋰電池

鋰電池由鋰金屬或鋰合金作為正負極材料，並使用非水電解質溶液。鋰電池主要包括鋰金屬電池和鋰離子電池，其中鋰離子電池是二次電池，支持充放電。鋰離子電池使用鋰合金金屬氧化物作為正極材料，石墨作為負極材料。負極材料對電池的充放電效率和循環次數有關鍵作用。
鋰離子電池根據正極材料的不同，主要分為鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、鎳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。綜合考量價格、性能和安全性，磷酸鐵鋰電池在儲能系統中使用最為廣泛。磷酸鐵鋰電池被認為無毒、環保，不含重金屬或稀有金屬。其正極材料為磷酸鐵鋰（LiFePO4），負極材料為碳，單體的額定電壓為3.2V，充電截止電壓約為3.6V。通過串並聯配置，可實現所需的電壓和容量。

磷酸鐵鋰電池的主要性能指標包括：

標稱容量：以Ah或mAh為單位
標稱電壓：約3.2V
充電終止電壓：約3.55V~3.6V
放電終止電壓：約2V~2.5V
內阻：約小於20mΩ
循環次數：一般超過3000次
自放電率：約5%~8%
磷酸鐵鋰電池被認為無毒、環保，不含重金屬或稀有金屬。

鋰電池的電池管理系統（BMS）

鋰電池通常配備 BMS（電池管理系統），包括中央控制單元、數據采集單元、顯示單元、數據記錄單元及外擴展單元。BMS 的主要功能包括：

監控單體電池參數
計算荷電狀態（SOC）
管理溫度
控制電池能量均衡
故障診斷與告警
信息顯示
數據記錄
與上位機通訊

儲能電池的選型考量

在選擇儲能電池時，應考慮以下三個主要方面：

1.太陽能離網儲能系統的選擇

在太陽能離網儲能系統中，選擇鉛酸電池或鋰電池主要取決於投資意願、項目類型、所在地區和質保要求。鋰電池具有較高的能量密度，約為鉛酸電池的6至7倍，體積更小、重量更輕，循環壽命長，通常為鉛酸電池的1.5至5倍。然而，鋰電池在低溫條件下性能較差且價格高，通常是鉛酸電池的2至4倍以上。

2.容量選擇

電池容量應根據實際儲電需求來選擇。例如，若用戶需求儲存30kWh的電量，且安裝的系統為3KW的離網儲能系統，則蓄電池的容量應至少支持2天以上的使用。如果遇到持續陰雨的天氣，可能需要更高容量的電池。鉛酸電池的容量通常以“xxx V/xxx Ah”表示，而鋰電池則可以按單個 PACK 的容量來選擇，例如 2.56KWh 的電池包。

3.高壓與低壓電池的選擇

儲能逆變器有高壓（HV）和低壓（LV）系列，對應地，電池也分為高壓和低壓。單相儲能系統一般配備低壓電池，端電壓約在48V至52V。對於鉛酸電池，可以通過4個12V串聯達到48V；鋰電池則可選擇48V電池包。三相並離網一體儲能系統則可能配備高壓電池，電壓範圍可達100V至550V，甚至更高，如古瑞瓦特WIT-H系列。其額定電池電壓為768V，電壓範圍可達600V至1000V。

電池安全性分析

在儲能系統中，電池的安全性非常重要。鉛酸電池和鋰電池的安全性涉及以下方面：

1.鉛酸電池的安全性

鉛酸電池的安全性主要涉及化學穩定性、過充和過放的控制，以及維護需求。鉛酸電池使用的稀硫酸和鉛化合物對人體和環境有一定的危害，因此應避免漏液並確保良好的通風。過充可能導致內部壓力升高甚至爆炸，而過放則會降低電池壽命。鉛酸電池儘管有免維護型，但仍需定期檢查以防故障。

2.鋰電池的安全性

鋰電池的安全性涉及熱管理、BMS 系統的作用、內部短路和物理損傷。鋰電池在充放電過程中會產生熱量，若散熱不良可能導致過熱或熱失控（thermal runaway）。因此，鋰電池通常配備冷卻系統和散熱措施。BMS 系統能監控電池狀況，防止過充、過放、過熱等問題。內部短路和物理損傷也可能引發火災或爆炸，鋰電池的包裝設計和質量控制對安全至關重要。

總結

綜上所述，鉛酸電池和鋰電池各有其優缺點。鋰電池雖性能優越，但價格較高，目前在歐美及澳洲市場上應用較為普遍。隨著新能源技術的進步和市場需求的增長，鋰電池的價格有望降低，並在新能源汽車、太陽能儲能系統及便攜式電源等領域發揮更大作用。